Znakowanie laserowe tworzyw napełnianych włóknem szklanym i minerałami: co się zmienia po dodaniu napełniacza

Znakowanie laserowe tworzyw napełnianych włóknem szklanym i minerałami: co się zmienia po dodaniu napełniacza

Najważniejsze wnioski

• Napełniacz zwykle poprawia kontrast, ponieważ pochłania i rozprasza energię, którą polimer bazowy by przepuścił.
• Charakterystyczną wadą jest wystawanie włókien — polimer paruje przy energii, przy której szkło nie paruje.
• Standardową korektą jest niższa energia i więcej przejść, a nie większa moc.
• Gatunki napełniane i nienapełniane tej samej żywicy wymagają osobnych receptur i osobnej kwalifikacji.

Wiele wskazówek dotyczących znakowania laserowego napisano tak, jakby polimer był pojedynczym materiałem. W produkcji rzadko tak jest. Większość tworzyw termoplastycznych konstrukcyjnych trafiających na stanowisko znakowania zawiera 10–50% włókna szklanego, kulek szklanych, talku, miki lub wollastonitu, a ten napełniacz zmienia wynik znakowania bardziej niż niemal jakakolwiek inna zmienna receptury — często na lepsze, czasem w sposób psujący skądinąd dobry proces.

Dlaczego napełniacz częściej pomaga, niż szkodzi

Podstawową trudnością znakowania tworzyw sztucznych laserem światłowodowym 1064 nm jest to, że większość polimerów ledwo pochłania promieniowanie o tej długości fali. Wiązka przechodzi przez materiał, zamiast deponować energię na powierzchni. Wszystko w recepturze, co pochłania lub rozprasza, działa więc na korzyść znakowania, a napełniacz robi jedno i drugie.

Dlatego napełniane żywice konstrukcyjne tak często znakują się zadowalająco prosto z formy, podczas gdy ich naturalne, nienapełniane odpowiedniki wymagają dodatku laserowego w kompozycji. Przed określeniem dodatku dla gatunku napełnianego należy go zaznakować w stanie, w jakim jest — koszt mógł już zostać poniesiony w postaci napełniacza.

Wystawanie włókien: wada definiująca

Szkło i polimer nie reagują na laser przy tej samej energii. Polimer osiąga temperaturę rozkładu i paruje, podczas gdy szkło, o znacznie wyższej temperaturze topnienia, nie. Pozostaje znak z końcami włókien wystającymi ponad otaczającą powierzchnię — wizualnie szorstki, wyczuwalny dotykowo, a w kodach problem z czytelnością, ponieważ wystające włókna rozpraszają oświetlenie czytnika.

Instynkt podpowiada zwiększenie mocy, aby „oczyścić” znak. To pogarsza sprawę, usuwając więcej polimeru i odsłaniając więcej włókna. Skuteczne korekty:

• Zmniejszyć energię na przejście i dodać przejścia. Kilka lekkich przejść usuwa polimer stopniowo i pozostawia mniejszy relief niż jedno agresywne przejście.
• Skrócić długość impulsu, jeśli pozwala na to źródło. Źródło MOPA ustawione na krótkie impulsy zmniejsza głębokość cieplną, a tym samym ilość polimeru tracona wokół każdego włókna.
• Dążyć do mechanizmu zmiany barwy zamiast usuwania materiału. Tam, gdzie karbonizacja daje wystarczający kontrast bez ablacji materiału, wystawanie włókien w dużej mierze zanika.
• Rozważyć położenie znaku. Orientacja włókien podąża za przepływem, więc znak umieszczony tam, gdzie włókna biegną równolegle do powierzchni, wygląda lepiej niż tam, gdzie są ustawione czołowo.
• Zaakceptować to tam, gdzie chodzi wyłącznie o estetykę. Na ukrytej powierzchni z kodem identyfikowalności nieco chropowaty znak, który jest oceniany jako akceptowalny, nie jest wadą.

Zawartość napełniacza nie jest jednorodna w całej części

Najczęściej pomijanym czynnikiem jest to, że wypraska „ze szkłem 30%” nie ma 30% szkła wszędzie. Formowanie wtryskowe daje strukturę skóra–rdzeń: skórę bogatą w żywicę tam, gdzie stopiony materiał zamarzł przy formie, i rdzeń, w którym koncentruje się włókno. Znakowanie usuwa lub zmienia tę skórę.

Praktyczne konsekwencje warto uwzględnić już w projekcie:

• Głębokość znaku zmienia to, z czym oddziałuje laser. Bardzo płytki znak dotyczy głównie żywicy; głębszy sięga rdzenia bogatego we włókno i zachowuje się inaczej.
• Kontrast zmienia się wraz z grubością ścianki, ponieważ zmienia się grubość skóry.
• Bliskość punktu wtrysku ma znaczenie. Orientacja i koncentracja włókien różnią się w pobliżu punktu wtrysku, a znaki umieszczone tam mogą być odczytywane inaczej niż ten sam znak gdzie indziej.
• Warunki formowania zmieniają wynik. Temperatura stopu i prędkość wtrysku zmieniają grubość skóry, więc receptura znakowania może dryfować, ponieważ dryfował proces formowania, bez jakiejkolwiek zmiany materiału.

Kwalifikacja gatunku napełnianego

• Znakować materiał produkcyjny, przy produkcyjnym stężeniu napełniacza, kolorze i maksymalnym dopuszczalnym udziale regranulatu. Regranulat ma większe znaczenie w żywicach napełnianych, ponieważ wielokrotne przetwarzanie skraca włókna i zmienia zarówno wygląd, jak i płynięcie.
• Wykonać macierz moc–prędkość na wypraskę płytkową, mierząc L* w każdej komórce, a nie oceniając na oko.
• Wybrać środek najszerszego akceptowalnego obszaru, a nie komórkę o najwyższym kontraście — gatunki napełniane różnią się między partiami, a przetrwa plateau.
• Badać powierzchnię pod powiększeniem, nie tylko pod kątem kontrastu. Wystawanie włókien jest często niewidoczne gołym okiem, a oczywiste dla czytnika kodów.
• Oceniać każdy kod maszynowo czytelny według ISO/IEC 15415, zamiast kontrolować go wzrokowo.
• Kwalifikować warianty napełniane i nienapełniane osobno. Pod względem znakowania to różne materiały, niezależnie od tego, jak nazywa je karta charakterystyki.

Powiązane artykuły

• Wystawanie włókien szklanych: rozwiązywanie problemów ze znakowaniem laserowym tworzyw
• Tworzywa nadające się do znakowania laserowego
• Parametry procesu wpływające na jakość znakowania
• Znakowanie laserowe polimerów napełnianych szkłem a formowanie wtryskowe
• Rozwiązania w zakresie znakowania laserowego tworzyw sztucznych

Potrzebują Państwo wsparcia?

The Sabreen Group zapewnia niezależne wsparcie inżynieryjne w zakresie opracowania znakowania napełnianych i wzmacnianych żywic konstrukcyjnych. Nasz zespół usług inżynieryjnych współpracuje z producentami przy opracowywaniu procesów, kwalifikacji materiałów i rozwiązywaniu problemów produkcyjnych. Zapraszamy do kontaktu, aby omówić Państwa zastosowanie.

Najczęściej zadawane pytania

Czy napełniacz szklany ułatwia, czy utrudnia znakowanie laserowe tworzyw?

Ułatwia, jeśli chodzi o uzyskanie kontrastu. Napełniacz pochłania i rozprasza energię, którą polimer bazowy by przepuścił, dlatego napełniane żywice konstrukcyjne często dobrze się znakują bez dodatku laserowego, podczas gdy ich nienapełniane odpowiedniki go wymagają. Kompromisem jest jakość powierzchni: napełniacz powoduje wystawanie włókien i bardziej chropowaty znak, więc trudność przesuwa się z uzyskania znaku na uzyskanie czystego znaku.

Jak zapobiec pojawianiu się włókien szklanych w znaku?

Zmniejszyć energię na przejście i zastosować więcej przejść, zamiast zwiększać moc. Włókna pojawiają się, ponieważ polimer paruje przy energii, przy której szkło nie paruje, więc usunięcie większej ilości polimeru odsłania więcej włókna. Pomaga skrócenie długości impulsu, jeśli pozwala na to źródło, a dążenie do mechanizmu zmiany barwy zamiast usuwania materiału w dużej mierze eliminuje problem, gdy kontrast na to pozwala.

Dlaczego jakość znaku różni się w obrębie jednej napełnianej wypraski?

Ponieważ zawartość napełniacza nie jest jednorodna w całej części. Formowanie wtryskowe daje skórę bogatą w żywicę nad rdzeniem bogatym we włókno, a grubość skóry zmienia się wraz z przekrojem ścianki, bliskością punktu wtrysku i chłodzeniem. Znakowanie wcina się w tę strukturę na różną głębokość w różnych miejscach, więc laser oddziałuje faktycznie z innym składem materiału w zależności od położenia znaku.

Czy tej samej receptury można używać dla gatunków napełnianych i nienapełnianych tej samej żywicy?

Nie. Pod względem znakowania zachowują się jak różne materiały, niezależnie od tego, jak nazywa je karta charakterystyki, ponieważ napełniacz zmienia absorpcję, przewodnictwo cieplne i zachowanie powierzchni. Każdy należy kwalifikować osobno, a zmianę stężenia lub rodzaju napełniacza traktować jako wymagającą ponownej kwalifikacji, a nie drobne zastąpienie.

Czy regranulat wpływa na znakowanie żywic napełnianych?

Bardziej niż w nienapełnianych. Wielokrotne przetwarzanie skraca włókna, co zmienia płynięcie, wygląd powierzchni i sposób rozmieszczenia napełniacza w skórze. Należy przeprowadzać badania przy maksymalnym udziale regranulatu, na jaki linia ma zezwolenie, a zwiększenie dopuszczalnego udziału traktować jako zmianę procesu, a nie decyzję zakupową.

---